ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN THỊ MẪN

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP VÀ
XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU
PHỨC HỢP SẮT - POLYMATOSE
(IRON POLYMALTOSE COMPLEX - IPC)
Chuyên ngành: Hóa Vô cơ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Người hướng dẫn khoa học
TS. Vũ Duy Hiển

HÀ NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận này được tài trợ bởi đề tài “Nghiên cứu tổng hợp phức hợp
sắt polymaltose (IPC) định hướng dùng làm thực phẩm chức năng và nguyên
liệu bào chế thuốc chống thiếu máu”, và được thực hiện tại Phòng Hóa vô
cơ, Viện Hóa học, Viện HL KH&CN Việt Nam.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô trong Phòng hóa vô
cơ, Viện hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Đặc biệt là
tiến sĩ Vũ Duy Hiển đã dành thời gian hướng dẫn, bổ sung, đóng góp ý kiến
trong suốt thời gian tôi thực hiện khóa luận tại Viện.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong tổ Hóa Vô cơ cũng như toàn bộ các
thầy cô trong khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã truyền thụ
những kiến thức bổ ích giúp tôi thực hiện và hoàn thiện khóa luận của mình.


1.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................. 16
1.5.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) .............................................. 19
1.5.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) .......................................... 21
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................. 23
2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị và chuẩn bị dung dịch ................................ 23
2.1.1. Hóa chất ......................................................................................... 23
2.1.2. Dụng cụ .......................................................................................... 23
2.1.3 Thiết bị ............................................................................................ 23
2.2. Các đặc trưng của maltodextrin .......................................................... 24
2.3. Nghiên cứu quy trình tổng hợp phức IPC ............................................ 27
2.3.1 Thực nghiệm tổng hợp phức IPC ...................................................... 27
2.3.2. Tổng hợp phức IPC ở các pH khác nhau........................................... 28
2.3.3. Tổng hợp phức IPC ở các nhiệt độ khác nhau ................................... 28
2.3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến phản ứng tạo IPC ................................ 28
2.3.5. Chuẩn bị mẫu phân tích ................................................................... 28
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 30
3.1. Ảnh hưởng của pH đến phản ứng tạo IPC ........................................... 30
3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng tạo IPC .................................... 32
3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến phản ứng tạo IPC ................................... 34
3.4. Cấu trúc hạt ....................................................................................... 37
KẾT LUẬN............................................................................................. 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 40


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Maltodextrin ............................................................................. 13
Hình 1.2 : Công thức cấu tạo của polymatose............................................. 14
Hình 1.3: Một số dược phẩm điều trị thiếu máu do thiếu sắt ....................... 15

mang thai và cho con bú. Một chế độ dinh dưỡng thiếu sắt sẽ dẫn đến thiếu
máu, khiến cơ thể mệt mỏi, giảm khả năng lao động, suy giảm khả năng phát
triển thể chất và tư duy. Với phụ nữ mang thai, thiếu máu gây ảnh hưởng
nghiêm trọng tới sức khỏe của người mẹ cũng như thai nhi, có thể dẫn đến
xảy thai, đẻ non hoặc tử vong. Việc bổ sung sắt cho phụ nữ trong giai đoạn
mang thai, sinh nở, cho con bú và mất máu tháng là hết sức quan trọng. Hầu
hết các trường hợp thiếu máu do thiếu sắt đều có thể được điều trị bằng cách
bổ sung sắt hàng ngày. Tuy nhiên, theo đánh giá của WHO năm 1989 có xấp
xỉ trên 2 tỉ người bị thiếu máu do thiếu sắt, năm 2002 có đến 58% phụ nữ
mang thai ở các nước đang phát triển mắc chứng bệnh này. Theo thống kê
của bộ y tế thì tình hình của bệnh thiếu máu do thiếu sắt ở Việt Nam cũng
tương tự như vậy và chỉ có 20% phụ nữ mang thai được uống viên sắt. Điều
này cho thấy nhu cầu cần bổ sung sắt ở Việt Nam cũng như thế giới là rất lớn
mà nguồn cung thì còn hạn chế.
Nhiều loại thuốc cung cấp và điều trị thiếu máu do thiếu sắt đã được
sản xuất trên thế giới bao gồm cả sắt vô cơ và sắt hữu cơ với hóa trị của sắt là

1


(II) và (III). Và quan trọng hơn là các hợp chất của sắt (III). Tuy nhiên, việc
đưa các ion sắt và cơ thể, với các ion sắt sinh ra từ muối sắt có thể xâm nhập
vào hệ thống tuần hoàn gây ngộ độc sắt và gây ra một số phản ứng phụ như
rối loạn đường ruột, biến dạng men răng. Trong trường hợp này thì các hợp
chất phức sắt tỏ ra có triển vọng trong việc điều trị các bệnh thiếu máu do
thiếu sắt. Các hợp chất phức thường được sử dụng trong việc điều trị bệnh
thiếu máu là sắt fumarat, sắt gluconat, sắt polysaccarit…trong đó hợp chất
của phức sắt với maltodextrin (IPC) tỏ ra rất hiệu quả trong việc điều trị bệnh
thiếu máu do thiếu sắt điều này đã được một số nghiên cứu khẳng định.
Tại Việt Nam việc nghiên cứu hợp chất phức IPC còn chưa được quan



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.Thiếu máu do thiếu sắt
1.1.1.Vai trò của sắt đối với sự sống
Sắt có vai trò rất cần thiết đối với mọi cơ thể sống, ngoại trừ một số vi
khuẩn. Nó chủ yếu liên kết ổn định bên trong các protein kim loại, vì trong
dạng tự do nó sinh ra các gốc tự do nói chung là độc với các tế bào. Nói rằng
sắt tự do không có nghĩa là nó tự do di chuyển trong các chất lỏng trong cơ
thể. Sắt liên kết chặt chẽ với mọi phân tử sinh học vì thế nó sẽ gắn với
các màng tế bào, axít nucleic, prôtêin v.v.
Sắt là một nguyên tố vi lượng cổ xưa nhất được nghiên cứu mặc dù nó
hiện diện trong cơ thể với một lượng rất nhỏ, nhưng nó rất cần thiết cho sự
sống, là chất tạo nên một số thành phần chính của cơ thể như máu, sinh tố…
và là chất xúc tác trong một số phản ứng sinh dưỡng của cơ thể. Trong cơ thể
người sắt chiếm khoảng 0,005% khối lượng cơ thể tương đương 4gam trên
60kg thể trọng số lượng này thay đổi theo tuổi tác, tình hình sức khỏe, chế độ
dinh dưỡng và giới tính [6,7]. Ví dụ ở nữ giới khoảng 35mg trên 1kg trọng
lượng cơ thể, ở nam giới thì nhiều hơn khoảng 50mg/kg.
Phần lớn sắt trong cơ thể được phân tán theo đường máu, đặc biệt ở sắc
tố hemoglobin của hồng cầu erthyrocytes hay còn gọi là hồng huyết cầu,
chiếm khoảng 70% tổng số chất sắt của cơ thể. Ngoài ra khoảng 3-5% chất sắt
phân tán ở loại hemoglobin khác ở bắp thịt gọi là myoglobin. Sắt trong các
Hemoglobin (Hb) và Myoglobin có thể gắn với oxy phân tử rồi chuyển chúng
vào trong máu và dự trữ ở trong cơ.
Hemoglobin có trong tế bào hồng cầu và làm hồng cầu có màu đỏ,
đóng vai trò quan trọng trong sự hô hấp, chuyển đổi khí oxy và cacbonic nhờ
tác động biến đổi của những nguyên tử sắt trong cấu tạo. Hemoglobin (Hb) là
4



Khoảng 5-10% tổng số chất sắt trong cơ thể được tìm thấy trong những
cấu chất liên quan tới hoạt động hô hấp như các enzim trực tiếp hay gián tiếp
tác dụng trong các phản ứng hô hấp và sự sống của động vật. Như là enzim
cytochrome oxidase hay chất cytochrome liên hệ trong các phản ứng phóng
thích năng lượng từ chất đường bột, axit béo xảy ra trong cơ thể
mitochondrion trong tế bào chất.

6


1.1.2. Cơ chế hấp thụ sắt
Sự hấp thụ sắt chủ yếu xảy ra ở tá tràng, đoạn đầu của ruột non, tuy
nhiên cũng có một lượng nhỏ sắt được hấp thụ ở dạ dày cũng như phần sau
của đoạn tá tràng.
Có hai dạng sắt được hấp thụ mỗi dạng sắt được hấp thụ với một cơ chế
hấp thu khác nhau [6].
- Sắt có heme: chúng gắn với nhân heme, có trong các loại thực phẩm
nguồn gốc động vật như: thịt lợn, thịt gà, thịt bò, gan động vật và các loại hải
sản.
- Sắt không heme: có trong các loại thực phẩm nguồn gốc thực vật như
rau bắp cải, súp lơ, hạt hướng dương, hạt bí ngô.
Đa số sắt tồn tại trong thực phẩm dưới hai dạng Fe2+ và Fe3+, Fe2+ chủ
yếu ở động vật, Fe3+ chủ yếu ở thực vật.
Để cơ thể hấp thu được sắt thì phải chuyển từ dạng ferric (Fe 2+) sang
dạng ferro (Fe3+).
Hấp thụ sắt có heme: sau khi sắt heme được chuyển qua tế bào thành
ruột nhờ những thụ thể đặc hiệu ở thành ruột, khi vào tế bào nó sẽ được
chuyển hóa nhanh chóng với sự tham gia của hemoxygen, sau đó sắt được
chuyển vào nơi dự trữ chung trong tế bào. Do sắt đã gắn vào heme trước khi

proton cũng ảnh hưởng đến khả năng này.
Thai nghén: phụ nữ có thai rất dễ bị thiếu máu do thiếu sắt, do cần dự
trữ sắt để phục vụ cho việc tăng lượng máu của mẹ và để tạo hemoglobin cho
thai nhi.
1.1.3.3. Ảnh hưởng của thiếu máu do thiếu sắt đến sức khỏe
Ảnh hưởng tới khả năng lao động: thiếu máu do bất kì nguyên nhân
nào cũng gây nên tình trạng thiếu oxi cao. Tình trạng thiếu máu làm năng suất
lao động của người bệnh giảm, khi có tình trạng thiếu sắt nhưng chưa bộc lộ
tình trạng thiếu máu cũng làm giảm khả năng lao động.

8


Ảnh hưởng tới năng lực trí tuệ: người thiếu máu thường có biểu hiện
mệt mỏi, kém tập chung tư tưởng, mất ngủ, tình trạng dễ bị kích thích. Ở trẻ
em thiếu máu làm giảm năng lực trí tuệ, kết quả học tập giảm sút.
Ảnh hưởng đến thai sản: thiếu máu làm tăng nguy cơ đẻ non, tăng tỉ lệ
mắc các bệnh và tử vong, người mẹ dễ bị chảy máu thời kì hậu sản, do vậy
thiếu máu được coi là đe dọa thai sản [4, 5, 6, 7].
1.1.3.4. Các biện pháp phòng chống
Đa dạng hóa bữa ăn: khuyến khích đa dạng hóa bữa ăn. Chế độ ăn phải
cung cấp đầy đủ năng lượng, dùng các thức ăn giàu sắt trong thành phần thức
ăn động vật, đậu, đỗ. Tăng khả năng hấp thụ sắt bằng thức ăn giàu vitamin C
như rau, quả. Khuyến khích ăn thức ăn lên men như giá đỗ, dưa chua, các sản
phẩm nảy mầm có nhiều vitamin C và giảm được lượng tannin, axit phitic
trong thực phẩm.
Bổ sung bằng viên sắt: bổ sung viên sắt cho phụ nữ có thai, trẻ em dưới
2 tuổi đều đặn đầy đủ.
1.1.4. Các hợp chất chứa sắt dùng điều trị thiếu máu do thiếu sắt
1.1.4.1. Thuốc Nycoplus Ferro-Retart (thuốc chứa hợp chất FeSO4)

tuổi sinh sản, phụ nữ trước thụ thai, phụ nữ mang thai và thiếu nữ tuổi dậy thì.
- Nhược điểm:
+ Khả năng dung nạp thuốc
Sự hấp thụ sắt bị ức chế bởi magie trisilicate, các thuốc kháng acid và
các loại thức ăn như trứng và sữa. Do vậy nên bổ sung sắt trước 1 hoặc 2 giờ
sau khi sử dụng các thức ăn như trứng, sữa, trà, cà phê, lúa mỳ, ngũ cốc,
thuốc kháng acid hoặc các chế phẩm bổ sung canxi.
+ Tác dụng phụ

10


Có thể gặp các rối loạn tiêu hóa như buồn nôn, táo bón, tiêu chảy, đau
bụng, đau dạ dày, đau quặn bụng…. Dùng các chế phẩm bổ sung sắt có thể
làm phân có màu đen.
1.2. Giới thiệu về phức hợp sắt-polymaltose
1.2.1. Tính chất của phức hợp sắt-polymaltose
- Phức hợp IPC dạng bột vô định hình, màu nâu đỏ đến đen, không
mùi, tan tốt trong nước, không tan trong cồn và một số dung môi khác.
- Dung dịch nước của phức IPC có màu nâu đỏ, có độ dẫn điện thấp và
pH trung tính, không tạo kết tủa như các muối sắt thông thường.
- Phức hợp sắt-polymaltose là một nguồn bổ sung sắt, thành phần thiết
yếu của cơ thể, cần thiết cho sự hình thành hemoglobin và cho các quá trình
oxy hóa của các mô sống.
1.2.2. Ứng dụng
- Phức hợp sắt-polymaltose được làm nguyên liệu cho thực phẩm chức
năng bổ sung sắt và thuốc chống thiếu máu.
- Ưu điểm của IPC so với các loại thuốc chứa sắt khác:
Các loại thuốc chứa sắt khác thường tồn tại ở trạng thái Fe 2+,
thường gây ra các hiệu ứng phụ có hại như rối loạn đường ruột, biến màu men

dính, chất mang các thành phần không phải đường, tá dược kết dính.
Có rất ít các công trình nghiên cứu về quy trình tổng hợp phức hợp sắtPolysaccharide. Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu tổng hợp
sản phẩm sắt - dextran cho mục đích bào chế thuốc thú y. Năm 2009, Phòng
Hóa Vô cơ, Viện Hóa Học đã thực hiện đề tài cấp cơ sở “Nghiên cứu tổng
hợp phức hợp sắt polymaltose (IPC) định hướng dùng làm thực phẩm chức
năng và nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu”. Theo đó, tác giả
Nguyễn Thị Hạnh và các cộng sự đã đưa ra quy trình tổng hợp phức hợp sắt12


Polysaccharide từ muối FeCl3 và maltodextrin vào năm 2009. Tuy nhiên, sản
phẩm thu được không có cấu trúc hạt cầu mà ở dạng khối.
1.3.2. Trên thế giới
Trên thế giới, những năm gần đây, Tổ chức Y tế Thế giới WHO đã
triển khai nhiều chương trình bổ sung sắt vào thực phẩm (bổ sung
NaFeEDTA vào nước mắm ở Việt Nam, Thái Lan, Campuchia; bổ sung
NaFeEDTA vào nước tương ở Trung Quốc…) cho thấy mức độ cần thiết và
tầm quan trọng của việc đẩy lùi bệnh thiếu máu do thiếu sắt là rất quan trọng.
Trên thế giới, phức hợp IPC đang được nghiên cứu tổng hợp bằng phản
ứng tạo phức và khảo sát chi tiết về mặt hóa học, sinh hóa và dược học bằng
các phương pháp hiện đại và đã được thử nghiệm lâm sàng trước khi bào chế
thành dược phẩm.
1.4. Matodextrin (Polymaltose)
1.4.1. Tính chất của matodextrin
Matodextrin (hay còn gọi là polymaltose) là chất không ngọt, không
mùi, màu trắng, dễ tan trong nước.

Hình 1.1: Maltodextrin

13


polymaltose chống thiếu máu được ghi nhận là hiệu quả trong việc tăng nồng
độ haemoglobin trong máu mà chưa có trường hợp sốc phản vệ nào xảy ra.
Một số thuốc chống thiếu máu mà thành phần chính là phức sắt polymaltose
có thể kể tên ở đây như Mighty-fer, Maltofer, Haem up, Ipec-plus, Ferofol,
Hemovit, Ferobin, EUROFER…
- Thực phẩm trẻ sơ sinh
Maltodextrin là hình thức đơn giản nhất của đường, nó mềm và dễ tiêu
hóa. Chính điều này làm cho việc sử dụng rộng rãi trong thực phẩm trẻ em, bổ
sung thức ăn, thực phẩm lão hóa. Nó cũng được sử dụng như một chất mang
và phân tán cho hương vị và rất phù hợp để đóng gói.
- Đồ uống
Maltodextrin là phổ biến như một hương liệu và làm khô chất trong
thức uống sôcôla, hương vị bột, chế độ ăn đặc biệt, bột chanh và bột cà phê,

15


bên cạnh những thứ khác. Nó cũng được sử dụng để thay thế một phần trong
đồ uống có ga.
- Thực phẩm ăn liền
Đối với thực phẩm ăn liền, maltodextrin là chất mang hoàn hảo vì tính
linh hoạt của nó, cấu trúc mở, phân tán trong nước lạnh và khả năng duy trì sự
rõ ràng và hấp dẫn mắt. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi như một chất dùng
trong bánh, súp và món tráng miệng đông lạnh.
- Các sản phẩm bánh
Do sự hiện diện của sacarit trọng lượng phân tử cao hơn, maltodextrin
được sử dụng trong các đồ ăn nhẹ, loại chất hàn kem, đông lạnh và bánh ngọt.
Nó cũng được sử dụng như một chất giữ ẩm trong bánh mì, bánh ngọt và các
loại thịt.
- Công nghiệp thực phẩm, sữa

vật liệu, cho phép xác định nhanh, chính xác các pha tinh thể, định lượng pha
tinh thể và kích thước tinh thể với độ tin cậy cao.

Hình 1.4: Máy đo nhiễu xạ tia X
Kỹ thuật nhiễu xạ tia X được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp bột
hay phương pháp Debye. Trong kỹ thuật này, mẫu được tạo thành bột với
mục đích có nhiều tinh thể có tính định hướng ngẫu nhiên để chắc chắn rằng

17


có một số lớn hạt có định hướng thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg.

Hình 1.5: Hình vẽ cấu tạo máy nhiễu xạ bột
Nguyên lý phương pháp nhiễu xạ bột
Nhiễu xạ bột (Powder X-ray diffraction) là phương pháp sử dụng với
các mẫu là đa tinh thể, phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác
định cấu trúc tinh thể, bằng cách sử dụng một chùm tia X song song hẹp, đơn
sắc, chiếu vào mẫu. Người ta sẽ quay mẫu và quay đầu thu chùm nhiễu xạ
trên đường tròn đồng tâm, ghi lại cường độ chùm tia phản xạ và ghi phổ nhiễu
xạ bậc 1 (n = 1).
Phổ nhiễu xạ sẽ là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào 2 lần góc
nhiễu xạ (2θ). Đối với các mẫu màng mỏng, cách thức thực hiện có một chút
khác, người ta chiếu tia X tới dưới góc rất hẹp (để tăng chiều dài tia X tương
tác với màng mỏng, giữ cố định mẫu và chỉ quay đầu thu.
Phương pháp nhiễu xạ bột cho phép xác định thành phần pha, tỷ phần
pha, cấu trúc tinh thể (các tham số mạng tinh thể) và rất dễ thực hiện...
Khoảng cách d giữa các mặt mạng tinh thể liên hệ với góc nhiễu xạ cực
đại và chiều dài bước sóng tia X theo phương trình Vulff – Bragg:
nλ = 2d.sin θ

các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hoá học.
Bởi vậy phổ ngoại của một hợp chất hoá học coi như "dấu vân tay", có thể

19


căn cứ vào đó để nhận dạng chúng.Vùng bức xạ hồng ngại là một vùng phổ
bức xạ điện từ rộng nằm giữa vùng trông thấy và vùng vi ba; vùng này có thể
chia thành 4 vùng nhỏ.
- Vùng tác dụng với phim ảnh: từ cuối vùng trông thấy đến 1,2micro.
- Vùng hồng ngoại cực gần 1,2 - 2,5micro (1200 – 2500picromet).Vùng hồng ngoại gần cũng gọi là vùng phổ dao động.
- Vùng hồng ngoại xa cũng gọi là vùng quay từ 25 đến 300, 400micro.
Phổ ứng với vùng năng lượng quay nằm trong vùng hồng ngoại xa, đo
đạc khó khăn nên ít dùng trong mục đích phân tích. Như vậy phương pháp
phân tích phổ hồng ngoại nói ở đây là vùng phổ nằm trong khoảng 2,5 –
25micro hoặc vùng có số sóng 4000 - 400 cm-1. Vùng này cung cấp cho ta
những thông tin quan trọng về các dao động của các phân tử do đó là các
thông tin về cấu trúc của các phân tử.
Phổ hấp thụ hồng ngoại dùng trong xác định cấu trúc phân tử của chất
cần nghiên cứu. Dựa vào vị trí và cường độ các giải hấp thụ trong phổ hồng
ngoại người ta có thể phán đoán trực tiếp về sự có mặt các nhóm chức, các
liên kết xác định trong phân tử chất nghiên cứu.
Khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng
ngoại (50-10.000 cm-1) qua chất nghiên cứu, một phần năng lượng bị chất hấp
thụ làm giảm cường độ của tia tới. Sự hấp thụ này tuân theo định luật
Lambert-Beer.
Định luật Lambert – Beer :

A  log